JPH06310512A - Cu配線およびその形成方法 - Google Patents

Cu配線およびその形成方法

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JPH06310512A
JPH06310512A JP9996393A JP9996393A JPH06310512A JP H06310512 A JPH06310512 A JP H06310512A JP 9996393 A JP9996393 A JP 9996393A JP 9996393 A JP9996393 A JP 9996393A JP H06310512 A JPH06310512 A JP H06310512A
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晃 古谷
Yoshio Oshita
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 下地膜との良好な密着性を持つCu配線およ
びその形成方法を提供する。 【構成】 ArガスとN2 ガスを同時に供給し、SiO
2 膜20上に反応性スパッタ法によりCux 1-x 膜3
0を1〜10nm堆積する。次にN2 ガスの供給を停止
し、Arガスのみを供給し、Cux 1-x 膜30上にC
u膜40をスパッタ法により50〜200nm堆積す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体素子作成プロセス
の一つであるCu配線およびその形成方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来LSIの配線材料にはAlあるいは
Al合金が用いられていたが、今後の微細化にはAlあ
るいはAl合金では抵抗値の高さによる信号伝達速度の
遅れ、マイグレーション耐性の低さによる信頼性の低下
が問題となる。Cuは低抵抗、高マイグレーション耐性
からAlに代わる配線材料として期待されている。Cu
配線を実用化するにあたっては加工、拡散、パッシベー
ション、密着性などが問題となる。
【0003】密着性の向上には、加熱により界面に下地
との合金層を作る、あるいはイオン注入により界面での
結合の強化等の方法が考えられているが、これらは基板
中へのCuの拡散、ダメージ層形成等の点で問題が残
る。そこで現在は、Cuの下地に合金層を用い拡散防止
と密着性向上を図る方法が主流となっている。
【0004】またCuの堆積方法は、下地をスパッタ法
あるいはCVD法で堆積した後にCuをスパッタ法ある
いはCVD法で堆積する。このとき下地とCuのミキシ
ングによる配線の高抵抗化を防ぐため、下地の堆積とC
uの堆積を別の装置で行うことが多い。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】Cu配線の作成法は下
地絶縁膜上あるいは下地合金層を形成した後、下地層形
成とは異なる装置で下地膜上にスパッタ法によりCu配
線を形成している。その場合、Cu配線と下地層との密
着性が弱いこと、別の装置に移動する際に下地層表面に
不純物が吸着し密着性を更に低下させるために剥がれが
生じ、LSIの信頼性を低下させることが問題となって
いる。
【0006】本発明の目的は上記の問題を克服し密着性
の良いCu配線およびその形成方法を提供することにあ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明のCu配線は、半
導体基板上に形成された下地膜上と、この下地膜上に設
けられたCux 1-x 膜と、このCux 1-x 膜上に形
成されたCu膜とを、有することを特徴とする。
【0008】本発明のCu配線の形成方法は、半導体基
板上に形成された下地膜上に、ArガスとN2 ガスを同
時に導入し反応性スパッタ法によりCux 1-x 層を形
成する工程と、Cux 1-x 形成後、N2 ガスを導入し
スパッタ法によりCu層を形成する工程と、を含むこと
を特徴とする。
【0009】
【作用】本発明においては、Cu層と下地層との間にC
x 1-x 層が存在する構造が形成される。下地層の成
分元素とCuがNを介して結合することが可能となる。
その結果、界面での結合力が強くなり密着性が向上す
る。また真空を維持したままの連続堆積が可能であり、
密着性,抵抗率に影響を及ぼすO等の不純物の混入を防
ぐことが出来る。
【0010】
【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
説明する。
【0011】(実施例1)図1は、本発明の一実施例を
説明するための工程順に示した半導体チップの断面図で
ある。
【0012】まず図1(a)に示すように、Arガスと
2 ガスをそれぞれ0.1〜6mTorr同時に供給
し、Si基板10上に形成されたSiO2 膜20上に反
応性スパッタ法によりCux 1-x 膜を1〜50nm堆
積する。
【0013】次に図1(b)に示すように、N2 ガスの
供給を停止し、Arガスのみを0.1〜6mTorr供
給し、Cux 1-x 膜30上にCu膜40をスパッタ法
により50〜400nm堆積する。
【0014】Cux 1-x 膜堆積時のArガス圧を1.
5mTorr、N2 ガス圧を1.5mTorrとし、C
u膜堆積時のArガス圧3mTorrとしたとき、Cu
x 1-x 膜30の有無による密着度の差をスクラッチテ
スタにより評価した結果を表1に示す。
【0015】
【表1】
【0016】SiO2 膜上にCu膜を直接堆積した場合
に比べ、Cux 1-x 膜を挿入した場合に密着力の向上
がみられている。
【0017】以上の結果は、SiO2 膜でなくSiNx
膜でも得られ全ての絶縁体に適用可能である。またSi
基板でなく、GaAs基板、InP基板等あらゆる半導
体基板で同様の結果が得られる。
【0018】(実施例2)図2は、本発明の他の実施例
を説明するための工程順に示した半導体チップの断面図
である。
【0019】まず図2(a)に示すSi基板10上のS
iO2 膜20上に1〜10nm堆積されたTi膜50上
に、図2(b)に示すように、ArガスとN2 ガスをそ
れぞれ0.1〜6mTorr同時に供給し、基板温度1
00〜400℃で反応性スパッタ法によりCux 1-x
膜30を1〜50nm堆積する。このときTi膜50は
窒化されTiN膜60が1〜10nm形成される。
【0020】次に図2(c)に示すように、N2 ガスの
供給を停止し、Arガスのみを0.1〜6mTorr供
給し、Cux 1-x 膜30上にCu膜40をスパッタ法
により50〜400nm堆積する。
【0021】以上の結果は、SiO2 膜でなくSiNx
膜でも得られ全ての絶縁体に適用可能である。
【0022】またTi膜でなく他の金属あるいは合金で
も同様の結果が得られる。さらにSi基板でなくGaA
s基板、InP基板等全ての半導体基板で同様の結果が
得られる。
【0023】(実施例3)図3は本発明の他の実施例を
説明するための工程順に示した半導体チップの断面図で
ある。
【0024】まず図3(a)に示すSi基板10上に1
〜10nm堆積されたTi膜50上に、図3(b)に示
すように、ArガスとN2 ガスをそれぞれ0.1〜6m
Torr同時に供給し、基板温度100〜400℃で反
応性スパッタ法によりCux1-x 膜30を1〜50n
m堆積する。このときTi膜の表面は窒化されTiN膜
60が0.5〜10nm形成され、Ti膜の基板側表面
はシリサイド化しTiSi2 層70が0.5〜10nm
形成される。
【0025】次に図3(c)に示すように、N2 ガスの
供給を停止し、Arガスのみを0.1〜6mTorr供
給し、Cux 1-x 膜30上にCu膜40をスパッタ法
により50〜400nm堆積する。
【0026】以上の結果は、Ti膜に限らず他の金属で
も同様の結果が得られる。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、下
地膜との良好な密着性を持つCu配線およびその形成方
法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す断面図である。
【図2】SiO2 膜上にTiを形成した基板を用いた場
合の例を示す断面図である。
【図3】Si膜上にTiを形成した基板を用いた場合の
例を示す断面図である。
【符号の説明】
10 Si基板 20 SiO2 30 Cux 1-x 40 Cu 50 Ti 60 TiN 70 TiSi
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/285 S 7376−4M

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上に形成された下地膜上と、 この下地膜上に設けられたCux 1-x 膜と、 このCux 1-x 膜上に形成されたCu膜とを、 有することを特徴とするCu配線。
  2. 【請求項2】半導体基板上に形成された下地膜上に、A
    rガスとN2 ガスを同時に導入し反応性スパッタ法によ
    りCux 1-x 層を形成する工程と、 Cux 1-x 形成後、N2 ガスを導入しスパッタ法によ
    りCu層を形成する工程と、 を含むことを特徴とするCu配線の形成方法。
  3. 【請求項3】前記下地膜が、SiO2 あるいはSiNx
    あるいはTiであることを特徴とする請求項2記載のC
    u配線の形成方法。
  4. 【請求項4】前記下地膜がTiであるときに、前記Cu
    x 1-x 堆積時の基板温度を100〜400℃とするこ
    とを特徴とする請求項3記載のCu配線の形成方法。
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